垂直梳齿驱动moems微镜及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微机电技术领域，尤其涉及一种垂直梳齿驱动M0EMS微镜及其制作方 法。
【背景技术】
[0002] 随着光通信网络传输和交换容量的逐渐增大，需求光分插复用、光交叉连接等光 通信用关键设备的升级与发展，而这与光衰减器（V0A)、光开关（0SW)等微光学电子机械系 统（M0EMS)基础元器件的发展密不可分。M0EMS因其体积小易集成、响应时间短且利于批 量化制备等特点，近年备广泛得以关注，其驱动方式已发展有电容驱动(平板驱动、梳齿驱 动)、热驱动及磁驱动等多种形式。其中，垂直梳齿驱动M0EMS芯片可以有效克服平板驱动 偏转角度小、固有频率低等不足，已成为M0EMS芯片设计和工艺开发的热点之一。
[0003] 传统垂直梳齿驱动芯片制备工艺，一般选用两片SOI圆片，首先在一片SOI圆片结 构层通过深硅刻蚀形成固定梳齿结构，随后与另一片SOI圆片完成键合，去除该SOI圆片衬 底硅后，利用双面光刻工艺，再进行可动梳齿结构的光刻与深硅刻蚀。由于梳齿驱动静电力 与梳齿间隙直接相关，因此，需要有高精度的双面光刻对位工艺设备，以确保定齿与动齿间 隙一致。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种垂直梳齿驱动M0EMS微镜及其制作方法， 所述方法无需使用昂贵的高精准光刻对位设备，同时该制作方法只采用一片S0I圆片，具 有工艺简单、控制精准和成本低的特点。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种垂直梳齿驱动M0EMS微 镜，其特征在于：包括硅圆片，所述硅圆片的上下表面设有氧化层，位于上侧的氧化层的上 表面设有S0I圆片的结构层，所述S0I圆片的结构层与右S0I圆片内设有左右两组梳齿结 构，每组梳齿结构包括位于上侧的可动梳齿结构和位于下侧的固定梳齿结构，固定梳齿结 构固定在上侧的氧化层的上表面，可动梳齿结构包括若干个间隔设置的可动梳齿，固定梳 齿结构包括若干个间隔设置的固定梳齿，所述固定梳齿与可动梳齿间的空隙相对，可动梳 齿的下表面与固定梳齿的上表面保持在同一平面，且可动梳齿与固定梳齿不接触；两组梳 齿结构之间为微镜扭转空间，在微镜扭转空间内设有可动微镜结构，所述可动微镜结构的 上表面设有反射镜面层，所述S0I圆片的结构层的上表面设有梳齿驱动电极。
[0006] 进一步的技术方案在于：所述娃圆片为双面抛光娃圆片，厚度为400±100 μπι， SOI圆片的结构层厚度最少为100 μ m。
[0007] 进一步的技术方案在于：所述反射镜面层和梳齿驱动电极为铬或金，铬的厚度为 10nm_30nm，金的厚度不低于100nm。
[0008] 本发明还公开了一种垂直梳齿驱动M0EMS微镜制作方法，其特征在于包括如下步 骤： 1) 在SOI圆片的结构层的上表面涂敷光刻胶，曝光、显影后在SOI圆片的结构层形成固 定梳齿预图形，经刻蚀后形成固定梳齿预结构以及微镜扭转空间； 2) 将硅圆片进行氧化，在其上下表面形成氧化层； 3) 将氧化后的硅圆片与与SOI圆片的结构层的上表面进行硅硅键合； 4) 去除SOI圆片的衬底层及中间氧化层； 5) 将上述器件翻转，在翻转后的器件的上表面制备金属层，涂敷光刻胶、曝光、显影后， 再经腐蚀工艺形成梳齿驱动电极和金属反射镜面； 6) 在上述器件的上表面通过等离子体增强化学气相沉积氧化硅薄膜，作为掩蔽层； 7) 在步骤6)所述的掩蔽层表面涂敷光刻胶、光刻、显影，经薄膜腐蚀后形成可动梳齿预 掩蔽图形； 8) 在步骤7)所形成的预掩蔽图形表面，继续涂敷光刻胶、光刻、显影后形成可动梳齿、 扭转梁及微镜镜面光刻胶图形，薄膜腐蚀去除光刻胶未保护的掩蔽层； 9) 在步骤8)所形成的图形表面上进行刻蚀工艺，没有光刻胶保护的区域，垂直向下 刻蚀形成可动梳齿结构、扭转梁和可动微镜结构；去胶后继续刻蚀，在没有掩蔽层保护的区 域，继续垂直刻蚀，将固定梳齿结构暴露出来，腐蚀去除掩蔽层后形成所述M0EMS微镜。
[0009] 进一步的技术方案在于：所述娃圆片为双面抛光娃圆片，厚度为400±100 μπι， SOI圆片的结构层的厚度至少为100 μm。
[0010] 进一步的技术方案在于：所述反射镜面层和梳齿驱动电极为铬或金，铬的厚度为 10nm_30nm，金的厚度不低于100nm。
[0011] 进一步的技术方案在于：所述步骤9)中的首次刻蚀深度不超过30 μ m，刻蚀形成 的可动梳齿结构的下表面与固定梳齿结构的上表面保持在同一平面。
[0012] 进一步的技术方案在于：所述步骤1)中，经深反应等离子刻蚀DRIE后形成固定梳 齿预结构以及微镜扭转空间。
[0013] 进一步的技术方案在于：所述步骤4)中，采用反应离子刻蚀RIE和湿法腐蚀工艺 去除S0I圆片的衬底层及中间氧化层。
[0014] 进一步的技术方案在于：所述步骤9)中，经深反应等离子刻蚀DRIE，垂直向下刻 蚀形成可动梳齿结构、扭转梁和可动微镜结构。
[0015] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法通过预留掩蔽层，结合光刻、 腐蚀及两次深硅刻蚀工艺，可精准控制固定梳齿结构与可动梳齿结构间的间隙。只采用单 片S0I圆片，镜面结构与梳齿结构为一层，可动梳齿结构和镜面释放同时进行，工艺简单， 可降低过多工艺对镜面质量可能产生的影响。双面抛光硅圆片表面氧化层作为隔离阻挡 层，可有效避免镜面与下衬底接触而导致的短路现象，提高器件的稳定性。
【附图说明】
[0016] 图1-10是本发明的过程结构示意图； 图11是本发明所述的微镜结构示意图； 图12是本发明所述的微镜的部分结构示意图； 其中：1、硅圆片2、S0I圆片21、结构层22、中间氧化层23、衬底层3、梳齿驱动电极 4、可动梳齿结构5、固定梳齿结构6、可动微镜结构7、反射镜面层8、氧化层9、预掩蔽图 形10、光刻胶图形。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的 情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0019] 如图11所不，本发明公开了一种垂直梳齿驱动M0EMS微镜，包括娃圆片1，所述娃 圆片1的上下表面设有氧化层8,位于上侧的氧化层8的上表面设有SOI圆片2的结构层 21，优选的，所述硅圆片1为双面抛光硅圆片，厚度为400 ± 100 μ m，SOI圆片2的结构层21 的厚度最少为100 μm。所述SOI圆片的结构层内设有左右两组梳齿结构，每组梳齿结构包 括位于上侧的可动梳齿结构4和位于下侧的固定梳齿结构5,固定梳齿结构5固定在上侧的 氧化层8的上表面，可动梳齿结构4包括若干个间隔设置的可动梳齿，固定梳齿结构5包括 若干个间隔设置的固定梳齿，所述固定梳齿与可动梳齿间的空隙相对，可动梳齿的下表面 与固定梳齿的上表面保持在同一平面，且可动梳齿与固定梳齿不接触，如图12所示；两组 梳齿结构之间为微镜扭转空间，在微镜扭转空间内设有可动微镜结构6,所述可动微镜结构 6的上表面设有反射镜面层7,所述SOI圆片的结构层的上表面设有梳齿驱动电极3。优选 的，所述反射镜面层6和梳齿驱动电极3为铬或金，铬的厚度为10nm-30nm，金的厚度不低于 100nm〇
[0020] 垂直梳齿驱动M0EMS微镜，通过施加较小驱动电压即可实现微镜既定角度的偏 转，其基本原理如图12所示(其中d表示可动梳齿与固定梳齿之间的横向距离)，固定梳齿 结构5与其中的一个梳齿驱动电极3相连，可动梳齿结构4与另一个梳齿驱动电极3相连， 当固定梳齿结构与可动梳齿结构间施加电压后，由于电极间的静电力使可动微镜结构绕梁 轴线旋转，从而带动微镜镜面偏转，直到